Ha egyedül nem megy - Háromszemélyes génterápia

Tudomány

Az anyai ágon öröklődő súlyos rendellenességek megelőzésében, az egészséges utódok világrahozatalában nyújthat segítséget egy molekuláris génterápiai eljárás.

A brit parlament – tudományos körökben határozott lelkesedést kiváltó – minapi döntése értelmében a világon elsőként Nagy-Britanniában lehetővé válik az úgynevezett mitokondriális helyettesítési technika alkalmazása. A jövőben háromszemélyes in vitro (azaz lombikban, kémcsőben végzett) megtermékenyítés révén elkerülhetővé válik, hogy a sejtjeik energiatermelő egységeiben káros mutációt hordozó anyák gyermekeikre is továbbörökítsék a többnyire az energiaigényes szerveket (az agyat, a szívet, az izmokat) károsító rendellenességeket. Az eljárás jogi, etikai természetű ellentmondásokat rejthet, s az ezzel kapcsolatos viták és megfontolások is izgalmasak lehetnek, de mindenekelőtt nem árt tisztázni, hogy miben is hoz újat ez az eljárás, s melyek a tudományos alapjai.

false

Vissza a kályhához

A valódi sejtes (eukarióta) organizmusokban, így az emberi szervezet sejtjeiben is kulcsfontosságú szerepet játszanak a mitokond­riumok: a vörösvértestek kivételével valamennyi sejtünkben ezek gondoskodnak a szükséges energia előállításáról és elraktározá­sáról. E kicsiny, az energiaátalakításban nélkülözhetetlen elekt­ron­transzportláncot (ETC) saját termelésű (és kódolású) fehérjékkel irányító biokémiai erőművekből átlagosan 100 fordul elő sejtjeinkben: a legtöbb ott, ahol a legintenzívebb anyagcsere folyik. Felépítésére jellemző, hogy külső membránja sima, feszes felületű, míg belső hártyarendszere – erőteljesen megnövelve felületét – redőzött. A sejtszervecskén belül bonyolult, biokémiai természetű energetikai folyamatok zajlanak – elég csak a korábbi cikkünkben (Mindenbe egy kicsit, Magyar Narancs, 2014. szeptember 18.) ismertetett citromsavciklusra utalnunk. A mitokondriumok evolúciós történetéről is izgalmas hipotézisek szólnak. Az endoszimbionta elmélet szerint a mitokondrium őse egykor heterotróf, aerob baktérium lehetett, amit az ősi eukarióta sejt bekebelezett, de nem emésztett meg – így azután afféle szimbiózis alakult ki köztük. Ezt támasztja alá a sejtszervecske alakja és mérete, a kettős membránrendszere, a saját DNS-e és fehérjeszintetizáló rendszere. A koevolúció során olyan szoros lett az együttműködés, hogy ma már nem tudnának egymás nélkül meglenni: a mitokondrium működéséhez szükséges fehérjék egy részét nem is a szervecske, hanem a sejt állítja elő. A mitokondriumok sajátossága, s ebből adódnak a velük kapcsolatos problémák is, hogy nem mendeli módon öröklődnek: a gyermek csupán az anya mitokondriális DNS-állományát örökli. Ebből idővel remek, akár történeti genetikai következtetésekre lehet jutni (lásd például a mitokondriális Évával kapcsolatos megfontolásokat), másrészt megnő az esélye bizonyos, rendre öröklődő szervi betegséget okozó elváltozások kialakulásának a rekombinációtól megóvott örökítőanyagban. Márpedig a mitokondriumok DNS-állományának nyolcvan százaléka a sejtszervecskében fontos szerepet betöltő funkcionális fehérjék felépítését kódolja, így azután a legtöbb mitokondriális DNS-mutáció is funkcionális problémákhoz vezethet, ami például izomműködési rendellenességekben, miopátiában mutatkozhat meg. A mitokondriumok minden más eljárásnál (például a glikolízisnél is) hatékonyabban tudnak ener­giatároló/hordozó molekulákat előállítani a szervezet számára létfontosságú glükózból, így azután működésük valóban kulcsfontosságú valamennyi eukarióta szervezet, így az emberi test számára is. A mitokondrium működésében a sejtmagi DNS rendellenességén kívül (ami szintén fontos állományokat kódol a mitokondriumon belül) éppen a mitokondriális DNS-állomány káros módosulásai okozhatják a legnagyobb gondot. E ponton a patkó és lovas esetéről szóló mondókát megidézve: a kulcsfontosságú fehérjebázisú enzimek apró működési rendellenességei végzetesek lehetnek az adott sejtek s azt követően a teljes szervezet számára is. Hibalehetőség pedig bőven adott: a sejtenként átlagosan százas létszámban előforduló szervecskék darabonként 5 mitokondriális DNS-óriásmolekulát tartalmaznak, ami sejtenként minimum 500.

Most jön a kémcső

Régóta folynak ígéretes kutatások, melyek a mitokondriális eredetű rendellenességeknek az anyai ágon öröklődő okát akarták kizárni. Ehhez „papíron” nem kellene más, mint hogy az utódba csupán az anya sejtmagi DNS-állománya kerüljön át, a mitokondriális örökítőanyag lehetőség szerint ne. A probléma súlyosságát jelzi, hogy minden ötezredik csecsemő ilyen öröklött, mitokond­riális eredetű rendellenességgel születik, ami éppen a szervezet energiaigényesebb szerveit érinti: az agyat, a szívet és az izmokat. Csupán Nagy-Britanniában 2000 potenciálisan érintett nő él, akik mind profitálhatnának egy új technológiából. Bár teljes körű adatok híján nehéz precíz becslésekbe bocsátkozni, de valószínűleg Magyarországon is sok száz nő hordozhat genetikailag károsodott mitokondriális DNS-állományt. Newcastle-i kutatók még a 2000-es évek elején kezdtek olyan kísérleteket, melyek azt célozták, hogy az ebből a csoportból kikerülő anyák ne vihessék át utódaikra a betegséget hordozó mitokondriális DNS-állományt. A pronukleáris átvitelnek nevezett eljárás során sejtmagi DNS-állományt vesznek ki a leendő anya megtermékenyített petesejtjéből, és ezt beültetik egy mitokondriális DNS-károsodást nem hordozó nő szintén megtermékenyített petesejtjébe, amelyből azonban eltávolították a részlegesen már fuzionált apai és anyai előmagokat. Az eljárást (melyhez hasonlóval számos tengerentúli kutatóintézményben is kísérleteztek) kezdetben Nagy-Britanniában is csak sejtszinten, tudományos, kísérleti célokra engedélyezték – ezért is áttörés a brit parlamenti döntés, ami lehetővé teszi a gyakorlati alkalmazást.

Voltaképpen két, párhuzamosan alkalmazható eljárásról beszélünk. Az egyik szerint a mitokondriális rendellenességet hordozó nő petesejtjét in vitro megtermékenyítik az apa hímivarsejtjével. Ezt követően az előmagokból (pronuclei) keletkező, részlegesen fuzionált sejmagokat eltávolítják a petesejtből és beültetik egy szintén megtermékenyített donorsejtbe, amelynek saját sejtmagját (azaz a két fuzionált előmagból képzett csírasejtmagot) előzetesen gondosan eltávolították. Ebből az egészséges mitokondriumokat hordozó, a leendő anya és apa fuzionált előmagjait tartalmazó petesejtből alakul ki az embrió.

A másik technológia, amit orsóátvitelnek is nevezhetünk, s melynek kifejlesztésében számos amerikai kutató is kulcsszerepet játszott, pont fordított logika alapján működik. Itt először a mitokondriális DNS-rendellenességet hordozó anya még meg nem termékenyített petesejtjéből vételeznek úgynevezett kromoszomális (ún. osztódási) orsókat (lásd Orsók és fonalak című keretes írásunkat), s ezt beültetik egy donorsejtbe, amiből azonban gondosan eltávolították a saját, osztódási orsók által rendezett kromoszómaállományát. Az így létrejött fuzionált petesejtet vetik alá in vitro megtermékenyítésnek, s e megtermékenyített hibrid petesejtből alakul ki az embrió. Az eljárás persze első hallásra talán kicsit morbidnak, hajmeresztőnek hangzik, de a kísérleti eredmények bizta­tóak, és sok-sok anya számára adhatnak reményt, hogy egészséges, öröklött rendellenességektől mentes utódokat hozhassanak világra. Rá­adásul a kockázatok főleg elvi, mondhatni, morális, filozófiai szinten jelentkeznek: a kutatók a maguk részéről állítják, hogy az eljárás molekuláris genetikai, biológiai oldalról nem szállít bónusz kockázatokat, ismert mellékhatásai nincsenek. S ha gondosan végzik az eljárást, akkor megelőzhető, hogy genetikai anyagok transzfere során az anya mitokondriális örökítőanyaga is átkerüljön az ebből a szempontból egészséges dajkasejtbe, amivel akár 150 különböző mitokondriális eredetű rendellenességet előzhetünk meg.

Orsók és fonalak

Mind a kromoszómaszám-tartó (mitotikus), mind a számfelező (meiotikus) osztódást, ami az ivarsejtek egyesülése nyomán zajlik, amikor a csírasejtek átmenetileg a normális mennyiségű DNS kétszeresét tartalmazzák, sajátos fejlemények előzik meg, melyek az ivarsejtek kromoszómaállományát is érintik. Az osztódás előszakaszában a kromoszómák fehérjemolekulák közreműködésével feltekerednek, kialakulnak az úgynevezett transzportkromoszómák. A citoplazmában létrejön a kromoszómák mozgását irányító, fehérjefonalakból álló rendszer, az osztódási orsó, s fonalaival a kromoszómák a befűződési pontjuknál kapcsolódnak. A mitokondriális helyettesítési technika egyik eljárása során ezeket a kromoszómákat is magukban rejtő orsókat emelik ki a rendellenes mitokondriális állományt hordozó anya petesejtjéből. Jellemző, hogy az ilyen eljárás mikroszkóp alatt is csak polarizált fényben történhet. A technológia teljesen új: az első ilyen képalkotásra és orsómanipulációra 2000-ben került sor.

Neked ajánljuk